JP2019049232A - 回転機械、インペラ - Google Patents

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Abstract

【課題】インペラと回転軸との安定的な固定を維持可能とする。【解決手段】回転機械１０は、軸線Ｃ回りに回転可能な回転軸１３と、回転軸１３と一体に軸線Ｃ回りに回転する第一インペラ１４Ａと、回転軸１３及び第一インペラ１４Ａを覆うケーシング１１と、を備える。第一インペラ１４Ａは、軸線Ｃを中心とした円盤状の第一ディスク部４１１と、第一ディスク部４１１の軸線Ｃ方向の第一側を向く面から軸線Ｃ方向の第一側に向かって延びるとともに、周方向に間隔をあけて配置された複数のブレード部４２と、第一ディスク部４１１の軸線Ｃ方向の第二側を向く面から軸線Ｃを中心として軸線Ｃ方向の第二側に向かって延びる延長軸４１Ｓとを備える。延長軸４１Ｓの軸線Ｃ方向の第二側の端部は、回転軸１３の軸線Ｃ方向の第一側の端部と接続可能とされている。【選択図】図２

Description

本発明は、回転機械、インペラに関する。
例えば遠心圧縮機のような回転機械は、回転軸に取り付けられたインペラと、このインペラを外側から覆うとともにインペラとの間で流路を画成するケーシングと、を備えている。遠心圧縮機は、ケーシング内に形成された流路を介して外部から供給された流体をインペラの回転によって圧縮する。
一般的なインペラは、回転軸に対してボルト締めによって固定されている。具体的には、インペラの中心には、回転軸を挿通可能な貫通孔が形成されている。この貫通孔に回転軸を挿通させた状態で回転軸の軸端に形成されたネジ部にナットが締めこまれる。これによってインペラが軸線方向から締めつけられて回転軸に固定される。このような構成を有するインペラの具体例として、下記特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１に記載されたインペラは、回転軸の外周側に張り出すスペーサに対してインペラの背面を押し付けるようにナットで固定されている。
特開平３−２７９６９８号公報
ところで、回転機械の一種として遠心圧縮機の他にエキスパンダと呼ばれる装置が知られている。エキスパンダは、高温高圧の作動流体によってインペラ及び回転軸を回転させることで、作動流体の熱エネルギーを回転力に変換する回転機械である。このような高温高圧の作動流体が内部を流通する回転機械される装置では、インペラ及び回転軸に熱伸びが生じることがある。
しかしながら、上記特許文献１のようなナットによる固定構造では、熱伸びを生じた場合に、ナットとインペラとの相対位置にずれを生じてしまう。これにより、インペラと回転軸との安定的な固定が維持されなくなる可能性がある。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、インペラと回転軸との安定的な固定を維持可能な回転機械、インペラを提供することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明の第一の態様の回転機械は、軸線回りに回転可能な回転軸と、前記回転軸と一体に前記軸線回りに回転するインペラと、前記回転軸及び前記インペラを覆うケーシングと、を備え、前記インペラは、軸線を中心とした円盤状のディスク部と、該ディスク部の軸線方向の第一側を向く面から前記軸線方向の第一側に向かって延びるとともに、周方向に間隔をあけて配置された複数のブレード部と、前記ディスク部と一体に成形されて、該ディスク部の前記軸線方向の第二側を向く面から前記軸線を中心として前記軸線方向の第二側に向かって延びる延長軸とを備え、前記延長軸の前記軸線方向の第二側の端部と、前記回転軸の前記軸線方向の第一側の端部とを固定する固定部をさらに備える。
この構成によれば、インペラと回転軸とが、延長軸を介してディスク部から離れた位置で接続される。インペラが高温の作動流体に曝された場合でも、作動流体に直接曝されない延長軸では熱伸びによる影響を受けにくい。その結果、熱伸びによって生じるインペラと回転軸との接続部分のずれ量を抑えることができる。
本発明の第二の態様の回転機械では、第一の態様において、前記延長軸は、前記軸線を中心とした柱状をなす延長軸本体と、前記延長軸本体の前記軸線方向の第二側の端部に設けられ、前記軸線を中心とする径方向の外側に前記延長軸本体の外周面から張り出す第一フランジ部とを有し、前記回転軸は、前記軸線を中心とした柱状をなす回転軸本体と、前記回転軸本体の前記軸線方向の第一側の端部に設けられ、前記径方向の外側に張り出す第二フランジ部とを有し、前記固定部は、前記第一フランジ部と前記第二フランジ部とを固定していてもよい。
この構成によれば、延長軸と回転軸とは、第一フランジ部及び第二フランジ部によって接続される。さらに、第一フランジ部と第二フランジ部は、回転軸本体及び延長軸本体よりも外周側で固定部によって互いに固定される。ここで、作動流体に曝されたディスク部から延長軸及び回転軸に伝わる熱は、延長軸本体から外周側に向かうほど伝わる熱量が少なくなる。そのため、第一フランジ部及び第二フランジ部では、ディスク部が受けた熱による熱伸び量が小さくなる。したがって、第一フランジ部及び第二フランジ部で固定することで、熱伸びによる影響をより受けにくくすることができる。これにより、インペラと回転軸との安定的な固定をより確実に維持させることができる。
本発明の第三の態様の回転機械では、第二の態様において、前記第一フランジ部には、前記軸線方向の第二側に凹むとともに、前記周方向に間隔をあけて配置された複数の第一凹部、及び該第一凹部の前記軸線方向の第一側を向く面を貫通する第一貫通孔が形成され、前記第二フランジ部には、前記軸線方向の第一側に凹むとともに、前記第一凹部と対応する前記周方向の位置に配置された複数の第二凹部、及び該第二凹部の前記軸線方向の第二側を向く面を貫通する第二貫通孔が形成され、前記固定部は、前記第一貫通孔、及び前記第二貫通孔に挿通されるボルトと、前記ボルトに取り付けられるナットとを有し、前記ボルトの頭部及びナットは、前記第一凹部及び前記第二凹部のいずれかに収容されていてもよい。
この構成によれば、ボルトの頭部及びナットは、第一凹部及び第二凹部のいずれか一方に収容される。即ち、ボルトの頭部及びナットは、第一フランジ部又は第二フランジ部の表面から突出しない状態となる。これにより、延長軸及び回転軸が軸線回りに回転する際に、ボルトの頭部及びナットが受ける風損を低減することができる。したがって、回転軸にインペラを固定する固定部による風損を抑え、ロータの機械効率を向上させることができる。
本発明の第四の態様の回転機械では、第二または第三の態様において、前記延長軸の外周面を冷却する冷却部を備え、前記冷却部は、前記軸線方向において、前記第一フランジ部と前記ディスク部との間に配置されていてもよい。
この構成によれば、ディスク部と第一フランジ部との間を冷却することで、第一フランジ部に伝わる熱量を抑えることができる。したがって、第一フランジ部での熱伸びによる影響をより抑えることができる。
本発明の第五の態様の回転機械では、第四の態様において、前記冷却部は、前記延長軸と前記ケーシングとの間をシールガスによってシールするとともに、該延長軸を前記シールガスによって冷却するシール部を有していてもよい。
この構成によれば、延長軸とケーシングとの間の空間をシールガスによってシールすると同時に、当該延長軸をシールガスによって冷却することができる。これにより、延長軸を冷却するための冷媒を新たに準備することなく、延長軸を冷却することができる。
本発明の第六の態様の回転機械では、第五の態様において、前記シール部は、ラビリンスシールであってもよい。
この構成によれば、延長軸とケーシングとの間の空間における作動流体の漏れを低減することができる。
本発明の第七の態様のインペラは、軸線を中心とした円盤状のディスク部と、該ディスク部の軸線方向の第一側を向く面から前記軸線方向の第一側に向かって延びるとともに、周方向に間隔をあけて配置された複数のブレード部と、前記ディスク部の前記軸線方向の第二側を向く面から前記軸線を中心として前記軸線方向の第二側に向かって延びる延長軸とを備え、前記延長軸の前記軸線方向の第二側の端部は、回転機械の回転軸の前記軸線方向の第一側の端部と接続可能とされている。
本発明の第八の態様のインペラでは、第七の態様において、前記延長軸は、前記軸線を中心として柱状をなす延長軸本体と、前記延長軸本体の前記軸線方向の第二側の端部に設けられ、前記軸線を中心とする径方向の外側に前記延長軸本体の外周面から張り出す第一フランジ部を有し、前記第一フランジ部は、前記回転軸に接続可能な固定部を有していてもよい。
本発明によれば、高温下でのインペラと回転軸との安定的な固定を維持することができる。
本発明の実施形態に係る回転機械の構成を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る回転機械の内部構成を示す要部断面図である。 本発明の実施形態に係る回転軸及びインペラの構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る固定部の構成を示す要部拡大図である。
図１から図３に示すように、本実施形態に係る回転機械１０は、ケーシング１１（図２参照）と、ラジアル軸受１２と、回転軸１３と、インペラ１４（第一インペラ１４Ａ，第二インペラ１４Ｂ）と、ピニオンギア１５、駆動歯車１６と、スラスト軸受１７と、固定部Ｓ（図３参照）と、冷却部６（図２参照）と、を備えている。本実施形態の回転機械１０は、ギアド遠心圧縮機である。
図２に示すように、ケーシング１１は、回転機械１０の外殻を形成する。ケーシング１１は、ラジアル軸受１２、回転軸１３、及びインペラ１４を外周側から覆っている。
図１に示すように、ラジアル軸受１２は、ケーシング１１内において、回転軸１３の軸線Ｃの延びる軸線Ｃ方向に間隔をあけて一対が設けられている。ラジアル軸受１２は、ケーシング１１に保持されている。
回転軸１３は、軸線Ｃを中心とする柱状をなしている。回転軸１３は、当該軸線Ｃ回りに回転可能とされている。回転軸１３は、一対のラジアル軸受１２及びスラスト軸受１７によって支持されている。
回転軸１３の一対のラジアル軸受１２の間には、ピニオンギア１５が設けられている。即ち、ピニオンギア１５は、一対のラジアル軸受１２よりも軸線Ｃ方向の内側に配置されている。このピニオンギア１５には、駆動歯車１６が噛み合っている。駆動歯車１６は、外部の駆動源によって回転駆動される。この駆動歯車１６は、ピニオンギア１５よりも外径寸法が大きく設定されている。したがって、ピニオンギア１５を有する回転軸１３の回転数は、駆動歯車１６の回転数よりも大きくなる。
このようなピニオンギア１５と、駆動歯車１６とによって、外部の駆動源による駆動歯車１６の回転数を、ピニオンギア１５を介して増速させて回転軸１３に伝達する増速伝達部２０が構成されている。
回転軸１３には、ピニオンギア１５に対して軸線Ｃ方向に離間した位置に、スラスト軸受１７が設けられている。スラスト軸受１７は、一対のラジアル軸受１２よりも軸線Ｃ方向の内側に配置されている。スラスト軸受１７によって、回転軸１３は、軸線Ｃ方向への移動が規制されている。
インペラ１４は、ラジアル軸受１２から軸線Ｃ方向に離間した位置で回転軸１３に固定されている。インペラ１４は、回転軸１３と一体に軸線Ｃ回りに回転する。本実施形態のインペラ１４は、一対のラジアル軸受１２よりも軸線Ｃ方向の外側で回転軸１３の端部に固定されている。図２に示すように、各インペラ１４（第一インペラ１４Ａ，第二インペラ１４Ｂ）は、本実施形態において、ディスク部４１とブレード部４２を備えた、いわゆるオープンインペラである。なお、第一インペラ１４Ａと第二インペラ１４Ｂとでは、後述する回転軸１３への固定構造、及びディスク部４１の構成を除いて互いに同様の構成を有している。そこで、以下では、代表的に第一インペラ１４Ａを例に説明する。
第一インペラ１４Ａのディスク部４１（第一ディスク部４１１）は、軸線Ｃを中心とする円盤状をなしている。第一ディスク部４１１は、第一ディスク部４１１の軸線Ｃ方向の一方側（軸線Ｃ方向の第一側）の第一面４１ａ側から他方側（軸線Ｃ方向の第二側）の第二面４１ｂ側に向かって、外径が漸次拡大する凹状湾曲面として形成されている。第一ディスク部４１１には、軸線Ｃを中心とする周方向に間隔をあけて複数のブレード部４２が設けられている。複数のブレード部４２は、ディスク部４１の軸線Ｃ方向の一方側を向く面である第一面４１ａから軸線Ｃ方向の一方側に向かって延びている。
第一ディスク部４１１とブレード部４２とによってインペラ流路４５が形成されている。インペラ流路４５は、軸線Ｃ方向の一方側に向かって開口する流入口４５ｉと、インペラ１４の軸線Ｃを中心とする径方向の外側に向かって開口する流出口４５ｏと、を有している。
ここで、ケーシング１１は、第一インペラ１４Ａの周囲に、吸気流路１８と、排気流路１９と、を画成する。吸気流路１８は、第一インペラ１４Ａの径方向の内側に形成されたインペラ流路４５の流入口４５ｉと連通している。排気流路１９は、第一インペラ１４Ａの径方向の外側に形成されたインペラ流路４５の流出口４５ｏと連通する。排気流路１９は、インペラ流路４５の流出口４５ｏの径方向の外側に形成されている。排気流路１９は、軸線Ｃ周りに連続する渦巻き状をなしている。
このような第一インペラ１４Ａ、第二インペラ１４Ｂ、吸気流路１８、及び排気流路１９によって、エキスパンダ部３０Ａ、及び圧縮部３０Ｂが構成されている。具体的には図１に示すように、回転機械１０は、増速伝達部２０から見て軸線Ｃ方向の一方側に第一インペラ１４Ａを有するエキスパンダ部３０Ａが設けられ、軸線Ｃ方向の他方側に第二インペラ１４Ｂを有する圧縮部３０Ｂが設けられている。
エキスパンダ部３０Ａには外部から高温高圧の作動流体が導入されて、回転軸１３、及びインペラ１４（第一インペラ１４Ａ）が回転駆動される。エキスパンダ部３０Ａの駆動に伴って、回転軸１３によって同軸上に接続された圧縮部３０Ｂのインペラ１４（第二インペラ１４Ｂ）も駆動される。
次に、本実施形態に係る第一インペラ１４Ａ、及び第二インペラ１４Ｂの固定構造について図３を参照して説明する。第一インペラ１４Ａと第二インペラ１４Ｂとでは、回転軸１３に対する固定構造が互いに異なっている。
図３に示すように、第一インペラ１４Ａは、ディスク部４１（第一ディスク部４１１）の軸線Ｃ方向の他方側の面に設けられた延長軸４１Ｓを有している。延長軸４１Ｓは、軸線Ｃ方向の他方側を向く第二面４１ｂから軸線Ｃを中心として軸線Ｃ方向の他方側に向かって延びている。延長軸４１Ｓは、第一ディスク部４１１と一体に成形されている。延長軸４１Ｓの軸線Ｃ方向の他方側の端部は、回転軸１３の軸線Ｃ方向の一方側の端部と接続可能とされている。延長軸４１Ｓは、固定部Ｓによって回転軸１３に固定されている。本実施形態の固定部Ｓは、ボルトＢと、ナットＮ１とを有している。
本実施形態の延長軸４１Ｓは、延長軸本体４１０と、第一フランジ部Ｆ１とを有している。なお、第一インペラ１４Ａでは、延長軸本体４１０と第一フランジ部Ｆ１とが、アルミ合金等の削り出しによって一体成型されることが望ましい。
延長軸本体４１０は、軸線Ｃを中心とした円柱状をなしている。延長軸本体４１０は、第一ディスク部４１１の径方向の中心位置（即ち、軸線Ｃ位置）から、軸線Ｃ方向の他方側に向かって延びている。延長軸本体４１０は、第一ディスク部４１１に対して一体に形成されている。延長軸本体４１０は、削り出しによって第一ディスク部４１１と一体に形成されていてもよく、溶接によって第一ディスク部４１１と一体に形成されていてもよい。つまり、延長軸本体４１０は、ボルト等の別の部材を用いて第一ディスク部４１１に固定されていなければよい。延長軸本体４１０の外周面は、後述するシール部６０におけるラビリンス部６２に摺接する。
延長軸本体４１０の軸線Ｃ方向の他方側の端部には、第一フランジ部Ｆ１が設けられている。第一フランジ部Ｆ１は、延長軸本体４１０の端部の外周面から、軸線Ｃの径方向の外側に向かって張り出している。第一フランジ部Ｆ１の軸線Ｃ方向の他方側の端面は、延長軸本体４１０の軸線Ｃ方向の他方側の端面とともに、軸線Ｃに対して垂直な平面状をなしている。
図４に示すように、第一フランジ部Ｆ１には、第一凹部Ｒ１と、第一貫通孔Ｈ１とが形成されている。第一凹部Ｒ１及び第一貫通孔Ｈ１は、軸線Ｃの周方向に等間隔をあけて複数形成されている。
第一凹部Ｒ１は、第一フランジ部Ｆ１の軸線Ｃ方向の一方側を向く外表面から軸線Ｃ方向の他方側に凹んでいる。本実施形態の第一凹部Ｒ１は、円形状をなしている。第一凹部Ｒ１は、第一フランジ部Ｆ１における延長軸本体４１０との接続位置よりも外周側に偏った位置に形成されている。第一凹部Ｒ１には、固定部ＳとしてのボルトＢの頭部が収容可能とされている。
第一貫通孔Ｈ１は、第一凹部Ｒ１と同軸の孔である。第一貫通孔Ｈ１は、第一凹部Ｒ１の底面と第一フランジ部Ｆ１の軸線Ｃ方向の他方側を向く面とを貫通している。第一貫通孔Ｈ１は、固定部ＳであるボルトＢのネジ部が挿通可能な大きさであって、頭部が挿通不能な大きさで形成されている。第一貫通孔Ｈ１の径寸法は、第一凹部Ｒ１の径寸法よりも小さい。
第一フランジ部Ｆ１には、回転軸１３の第二フランジ部Ｆ２が接続される。本実施形態の回転軸１３は、図２及び図３に示すように、回転軸本体１３０と、第二フランジ部Ｆ２とを有している。回転軸本体１３０は、軸線Ｃを中心とした円柱状をなしている。回転軸本体１３０は、延長軸本体４１０と同径をなしている。
第二フランジ部Ｆ２は、回転軸本体１３０の軸線Ｃ方向の一方側の端部に設けられている。第二フランジ部Ｆ２は、回転軸本体１３０の外周面から、軸線Ｃの径方向の外側に向かって張り出している。第二フランジ部Ｆ２は、第一フランジ部Ｆ１と同径をなしている。第二フランジ部Ｆ２の軸線Ｃ方向の一方側の端面は、回転軸本体１３０の軸線Ｃ方向の一方側の端面とともに、軸線Ｃに対して垂直な平面状をなしている。
図４に示すように、第二フランジ部Ｆ２には、第二凹部Ｒ２と、第二貫通孔Ｈ２とが形成されている。第二凹部Ｒ２及び第二貫通孔Ｈ２は、軸線Ｃの周方向に等間隔をあけて複数形成されている。本実施形態の第二凹部Ｒ２及び第二貫通孔Ｈ２は、第一凹部Ｒ１及び第一貫通孔Ｈ１と同じ数及び同じ位置に形成されている。
第二凹部Ｒ２は、第二フランジ部Ｆ２の軸線Ｃ方向の他方側を向く外表面から軸線Ｃ方向の一方側に凹んでいる。第二凹部Ｒ２は、第一凹部Ｒ１と対応する周方向の位置に配置されている。第二凹部Ｒ２は、第二フランジ部Ｆ２における回転軸本体１３０との接続位置よりも外周側に偏った位置に形成されている。第二凹部Ｒ２は、固定部ＳとしてのナットＮ１が収容可能とされている。
第二貫通孔Ｈ２は、第二凹部Ｒ２と同軸の孔である。第二貫通孔Ｈ２は、第二凹部Ｒ２の底面と第二フランジ部Ｆ２の軸線Ｃ方向の一方側を向く面とを貫通している。第二貫通孔Ｈ２は、固定部ＳであるボルトＢのネジ部が挿通可能な大きさであって、ナットＮ１が挿通不能な大きさで形成されている。第二貫通孔Ｈ２の径寸法は、第二凹部Ｒ２の径寸法よりも小さい。第二貫通孔Ｈ２の径寸法は、第一貫通孔Ｈ１の径寸法と同じ大きさとされている。
第一フランジ部Ｆ１の軸線Ｃ方向の他方側の端面と、第二フランジ部Ｆ２の軸線Ｃ方向の一方側の端面とは、軸線Ｃ方向の両側から互いに当接する。この状態で、第一貫通孔Ｈ１及び第二貫通孔Ｈ２には、ボルトＢのネジ部が挿通される。この時、ボルトＢの頭部は、第一凹部Ｒ１内に収容されており、第一フランジ部Ｆ１の外表面から突出していない状態となっている。ボルトＢの軸端には、ナットＮ１が取り付けられている。ナットＮ１は、第二凹部Ｒ２内に収容されており、第二フランジ部Ｆ２の外表面から突出しない状態となっている。
以上のようにして、固定部ＳとしてのボルトＢ及びナットＮ１によって、第一インペラ１４Ａの第一フランジ部Ｆ１と回転軸１３の第二フランジ部Ｆ２とが接続される。なお、固定部ＳのボルトＢとしては、リーマボルトを用いることが望ましい。また、本実施形態では、第一凹部Ｒ１にボルトＢの頭部が配置されるように固定部Ｓが設けられているが、第二凹部Ｒ２にボルトＢの頭部が配置されるように、ボルトＢを第二フランジ部Ｆ２側から挿通し、ナットＮ１を第一フランジ部Ｆ１側に設ける構成としてもよい。つまり、ボルトＢ及びナットＮ１は、上記とは反対の位置に設けられていてもよい。したがって、ボルトＢの頭部及びナットＮ１は、第一凹部Ｒ１及び第二凹部Ｒ２のいずれかに収容されていればよい。
一方で、図２及び図３に示すように、第二インペラ１４Ｂは、第一インペラ１４Ａとは異なり、ディスク部４１（第二ディスク部４１２）を貫通する取付穴４４が形成されている。取付穴４４には回転軸本体１３０が挿通される。第二インペラ１４Ｂは、取付穴４４を介して、ナットＮ２により回転軸本体１３０の端部に固定されている。回転軸本体１３０上には、他の部分よりも径寸法が大きい大径部１３Ｄが設けられている。軸線Ｃ方向の他方側からナットＮ２によって締め付けられていることで、第二ディスク部４１２の背面（軸線Ｃ方向の一方側を向く面）は、この大径部１３Ｄに対して軸線Ｃ方向の他方側から押し付けられている。ナットＮ２の外周側及び回転軸本体１３０の端部は、軸線Ｃ方向の他方側に向かって尖頭状をなすスピナー４６によって覆われている。
また、遠心圧縮機１では、図２に示すように、ケーシング１１内において、エキスパンダ部３０Ａ及び圧縮部３０Ｂと、増速伝達部２０（図１参照）との間に冷却部６が設けられている。冷却部６は、延長軸４１Ｓの外周面を冷却可能とされている。冷却部６は、軸線Ｃ方向において、第一フランジ部Ｆ１と第一インペラ１４Ａのディスク部４１との間に配置されている。本実施形態の冷却部６は、延長軸本体４１０の外周面を冷却している。冷却部６は、シール部６０を有している。
シール部６０は、回転軸１３とケーシング１１との間をシールガスによってシールする。シール部６０は、延長軸本体４１０の外周面にシールガスを供給することで、延長軸４１Ｓをシールガスによって冷却している。本実施形態のシール部６０は、ラビリンスシールである。シール部６０は、ケーシング１１に固定されたリング本体６１と、リング本体６１の径方向の内側に設けられて、延長軸本体４１０の外周面に摺接する摺接面６２ａを有したラビリンス部６２と、を一体に備えている。
シール部６０には、シールガス供給路６３の一端、及びシールガス排出路６４の一端が接続されている。シールガス供給路６３の他端は、外部のガス供給源Ｇに接続されている。シールガス排出路６４の他端は、上述の吸気流路１８に接続されている。ガス供給源Ｇから供給されたシールガスは、ラビリンス部６２内を流通することで、当該空間を通じた作動流体の漏れをシールする。ラビリンス部６２から排出されたシールガスは、シールガス排出路６４を通じて、吸気流路１８に取り込まれる。
上述の構成では、第一インペラ１４Ａと回転軸１３とが、延長軸４１Ｓを介してディスク部４１から離れた位置で接続される。第一インペラ１４Ａが高温の作動流体に曝された場合でも、作動流体に直接曝されない延長軸４１Ｓでは熱伸びによる影響を受けにくい。その結果、熱伸びによって生じる第一インペラ１４Ａと回転軸１３との接続部分のずれ量を抑えることができる。したがって、高温下での第一インペラ１４Ａと回転軸１３との安定的な固定を維持させることができる。これにより、高温下でも安定的にトルクを伝達することができる。
さらに、上述の構成によれば、延長軸４１Ｓと回転軸１３とは、第一フランジ部Ｆ１及び第二フランジ部Ｆ２によって接続される。さらに、第一フランジ部Ｆ１と第二フランジ部Ｆ２は、回転軸本体１３０及び延長軸本体４１０よりも外周側で固定部Ｓによって互いに固定される。ここで、作動流体に曝されたディスク部４１から延長軸４１Ｓ及び回転軸１３に伝わる熱は、延長軸本体４１０から外周側に向かうほど伝わる熱量が少なくなる。そのため、第一フランジ部Ｆ１及び第二フランジ部Ｆ２では、第一ディスク部４１１が受けた熱による熱伸び量が小さくなる。したがって、第一フランジ部Ｆ１及び第二フランジ部Ｆ２で固定することで、熱伸びによる影響をより受けにくくすることができる。これにより、第一インペラ１４Ａと回転軸１３との安定的な固定をより確実に維持させることができる。
加えて、上述の構成によれば、固定部ＳにおけるボルトＢの頭部及びナットＮ１は、第一凹部Ｒ１及び第二凹部Ｒ２に収容される。即ち、ボルトＢの頭部及びナットＮ１は、第一フランジ部Ｆ１及び第二フランジ部Ｆ２の外表面から突出しない状態となる。さらに言い換えると、第一フランジ部Ｆ１及び第二フランジ部Ｆ２の外表面から突起物を排除し、これを滑らかに保つことができる。これにより、延長軸４１Ｓ及び回転軸１３が軸線Ｃ回りに回転する際に、ボルトＢの頭部及びナットＮ１が受ける風損を低減することができる。したがって、回転軸１３に第一インペラ１４Ａを固定する固定部Ｓによる風損を抑え、回転機械１０の効率を向上させることができる。
また、冷却部６が第一フランジ部Ｆ１とディスク部４１との間で延長軸本体４１０を冷却している。そのため、ディスク部４１から第一フランジ部Ｆ１に伝わる熱量を抑えることができる。したがって、第一フランジ部Ｆ１での熱伸びによる影響をより抑えることができる。
さらに加えて、上述の構成によれば、冷却部６がシール部６０を有している。そのため、延長軸本体４１０とケーシング１１との間の空間をシール部６０によってシールすると同時に、当該延長軸本体４１０をシールガスによって冷却することができる。これにより、延長軸本体４１０を冷却するための冷媒を新たに準備することなく、延長軸本体４１０を冷却することができる。特にシール部６０がラビリンスシールであることで、回転する延長軸４１Ｓとケーシング１１との間の空間における作動流体の漏れを低減することができる。
以上、本発明の実施形態について、図面を参照して説明した。なお、上記の構成は一例であり、これに種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、上記実施形態では、一対のインペラ１４のうち、一方のインペラ１４（第一インペラ１４Ａ）のみに本発明を適用した。しかしながら、第一インペラ１４Ａに加えて、第二インペラ１４Ｂに対しても本発明を適用することが可能である。特に、高温の作動流体が導入される回転機械のインペラに対して、本発明を好適に適用することができる。
また、上記実施形態では、オープンインペラに本発明を適用した。しかしながら、第一インペラ１４Ａはカバー部を有するクローズドインペラであっても本発明を適用することが可能である。
また、上記実施形態では、シール部６０としてラビリンスシールを用いた例について説明した。しかしながら、シール部６０の態様は上記に限定されず、シールフィンをシール部６０として適用することも可能である。
１０ 回転機械
１１ ケーシング
１２ ラジアル軸受
１３ 回転軸
１３Ｄ 大径部
１４ インペラ
１４Ａ 第一インペラ
１４Ｂ 第二インペラ
１５ ピニオンギア
１６ 駆動歯車
１７ スラスト軸受
１８ 吸気流路
１９ 排気流路
２０ 増速伝達部
３０Ａ エキスパンダ部
３０Ｂ 圧縮部
４１ ディスク部
４１ａ 第一面
４１ｂ 第二面
４１Ｓ 延長軸
４１１ 第一ディスク部
４１２ 第二ディスク部
４２ ブレード部
４４ 取付穴
４５ インペラ流路
４５ｉ 流入口
４５ｏ 流出口
４６ スピナー
６０ シール部
６１ リング本体
６２ ラビリンス部
６２ａ 摺接面
６３ シールガス供給路
６４ シールガス排出路
Ｂ ボルト
Ｆ１ 第一フランジ部
Ｆ２ 第二フランジ部
Ｈ１ 第一貫通孔
Ｈ２ 第二貫通孔
Ｎ１，Ｎ２ ナット
Ｒ１ 第一凹部
Ｒ２ 第二凹部
Ｓ 固定部

Claims (8)

  1. 軸線回りに回転可能な回転軸と、
    前記回転軸と一体に前記軸線回りに回転するインペラと、
    前記回転軸及び前記インペラを覆うケーシングと、を備え、
    前記インペラは、
    軸線を中心とした円盤状のディスク部と、
    該ディスク部の軸線方向の第一側を向く面から前記軸線方向の第一側に向かって延びるとともに、周方向に間隔をあけて配置された複数のブレード部と、
    前記ディスク部と一体に成形されて、該ディスク部の前記軸線方向の第二側を向く面から前記軸線を中心として前記軸線方向の第二側に向かって延びる延長軸とを備え、
    前記延長軸の前記軸線方向の第二側の端部と、前記回転軸の前記軸線方向の第一側の端部とを固定する固定部をさらに備える回転機械。
  2. 前記延長軸は、
    前記軸線を中心とした柱状をなす延長軸本体と、
    前記延長軸本体の前記軸線方向の第二側の端部に設けられ、前記軸線を中心とする径方向の外側に前記延長軸本体の外周面から張り出す第一フランジ部とを有し、
    前記回転軸は、
    前記軸線を中心とした柱状をなす回転軸本体と、
    前記回転軸本体の前記軸線方向の第一側の端部に設けられ、前記径方向の外側に張り出す第二フランジ部とを有し、
    前記固定部は、前記第一フランジ部と前記第二フランジ部とを固定している請求項１に記載の回転機械。
  3. 前記第一フランジ部には、前記軸線方向の第二側に凹むとともに、前記周方向に間隔をあけて配置された複数の第一凹部、及び該第一凹部の前記軸線方向の第一側を向く面を貫通する第一貫通孔が形成され、
    前記第二フランジ部には、前記軸線方向の第一側に凹むとともに、前記第一凹部と対応する前記周方向の位置に配置された複数の第二凹部、及び該第二凹部の前記軸線方向の第二側を向く面を貫通する第二貫通孔が形成され、
    前記固定部は、前記第一貫通孔、及び前記第二貫通孔に挿通されるボルトと、前記ボルトに取り付けられるナットとを有し、
    前記ボルトの頭部及びナットは、前記第一凹部及び前記第二凹部のいずれかに収容されている請求項２に記載の回転機械。
  4. 前記延長軸の外周面を冷却する冷却部を備え、
    前記冷却部は、前記軸線方向において、前記第一フランジ部と前記ディスク部との間に配置されている請求項２または請求項３に記載の回転機械。
  5. 前記冷却部は、前記延長軸と前記ケーシングとの間をシールガスによってシールするとともに、該延長軸を前記シールガスによって冷却するシール部を有する請求項４に記載の回転機械。
  6. 前記シール部は、ラビリンスシールである請求項５に記載の回転機械。
  7. 軸線を中心とした円盤状のディスク部と、
    該ディスク部の軸線方向の第一側を向く面から前記軸線方向の第一側に向かって延びるとともに、周方向に間隔をあけて配置された複数のブレード部と、
    前記ディスク部の前記軸線方向の第二側を向く面から前記軸線を中心として前記軸線方向の第二側に向かって延びる延長軸とを備え、
    前記延長軸の前記軸線方向の第二側の端部は、回転機械の回転軸の前記軸線方向の第一側の端部と接続可能とされているインペラ。
  8. 前記延長軸は、
    前記軸線を中心として柱状をなす延長軸本体と、
    前記延長軸本体の前記軸線方向の第二側の端部に設けられ、前記軸線を中心とする径方向の外側に前記延長軸本体の外周面から張り出す第一フランジ部を有し、
    前記第一フランジ部は、前記回転軸に接続可能な固定部を有する請求項７に記載のインペラ。
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